Minimizando Hot Spots no Roteamento emRedes de Sensores Sem Fio

Fernando Henrique Gielow

Aldri Luiz dos Santos (Orientador)

{fhg07,aldri}@inf.ufpr.br

NR2 – Universidade Federal do Paraná

CTIC

CSBC - 2010

Roteiro

Redes de Sensores Sem Fio (RSSF) Roteamento nas RSSF Hot spots CEA RRUCR

Definição do raio dos sensores Clustering & Backbone inicial Rotação de líderes Coleta de dados & Manutenção

Avaliação de desempenho Conclusão

Redes de Sensores Sem Fio (RSSF)

Sensores: dispositivos com recursos escassos [1] Pouca capacidade de processamento Tempo de vida limitado: bateria

IrisImote2

Mica2

Micaz

TelosB

[1] http://www.xbow.com/ (Crossbow Technology)

Redes de Sensores Sem Fio (RSSF)

Aplicações Monitoramento remoto Monitoramento urbano Sistemas de segurança

Clustering (agrupamento) [2] Roteamento de maneira geral apenas em

cima dos líderes ( )

Permite agregação de dados

Limita transmissões de dados

Facilita o reuso de recursos ou canais

Roteamento nas RSSF

[2] Dechene DJ, Jardali AE, Luccini M, and Sauer A. A survey of clustering algorithms for wireless sensor networks. Project Work, Hamburg University of Technology, Germany, 2006.

Hot spots são áreas sobrecarregadas com tráfego constante de dados

Em redes com transmissões N para 1 acontece próximo do sink

Mitigação: Mobilidade [3], Clusters desiguais [4]

Hot spots

[3] Vlajic, N. and Stevanovic, D. (2009). Sink mobility in wireless sensor networks: a (mis)match between theory and practice. In IWCMC, pages 386–393.[4] Chen, G., Li, C., Ye, M., and Wu, J. (2009). An unequal cluster-based routing protocol in wireless sensornetworks. Wirel. Netw., 15(2):193–207.

A arquitetura propostaCluster-based Energy Architecture (CEA)

OTIMIZAÇÃODE ROTAS

MANUTENÇÃO DE ROTAS

GERENCIAMENTO DE ROTAS

APLICAÇÃO

ENCAMINHARDADOS

SENSOREARDADOS

COLETA DE DATOS

GERÊNCIA DE ENERGIA INTER-CLUSTERS

GERÊNCIA DO BACKBONE

CLUSTERING DESIGUAI

DEFINIÇÃO DE ESCOPOS

GERÊNCIA DE ENERGIA INTRA-CLUSTER

ENERGYDATA

SOLICITAR INFORMAÇOES

DE ENERGIA

MONITOR DE ENERGIA

ROTAÇÃO

DADOS DE

ENERGIA

Energia Interna aos

clusters Externa aos

clusters

Rotas Manutenção Otimização

O protocolo proposto

Rotation Reactive Unequal Cluster based Routing (RRUCR)

Protocolo multi-hop baseado em clusters para redes com tráfego do tipo N para 1

Aplicações de coleta de dados por exemplo

Clusters desiguais para mitigar o hot spot

Manutenção dinâmica das rotas

Fases do RRUCR

Definição do raio dos sensores

Clustering & Backbone inicial

Rotação de líderes

Coleta de dados & Manutenção

RRUCRDefinição do raio dos sensores

Potências de transmissão ordenadas e indexadas

Sink cobre as potências de transmissão utilizadas

1

2

2

2

2

3

3

3

3

4

4

4

4

RRUCRClustering & Backbone inicial

Clustering Clusters proporcionais à sua ditância até a

base Mitigar o afunilamento das rotas, o Hot Spot

Backbone inicial Processo iniciado pelo sink Mensagens propagadas onda à onda pelos

líderes Atualizando a rota, e repassando a mensagem

1x

RRUCRRotação de líderes

Balancear consumo de energia interno Prolongar o tempo de vida Pode gerar quebra de enlaces, quando líderes mais

distantes são selecionados Forçar atualização das rotas de quem rotacionou ( )

e de quem se comunicava com o antigo líder ( )

Sensores normais enviam seus dados aos líderes

Os líderes roteam os dados até a base com abordagem multi-hop

A mensagem de dados tem um campo que identifica a distância do sensor até o sink Utilizado para atualizar as rotas

Se for necessária e um sensor com distância menor que a do sensor em questão até o sink for achada

Abordagem reativa, sem muito overhead

RRUCRColeta de dados & Manutenção

Avaliação de desempenhoParâmetros

1000x1000m 700 sensores Energia inicial entre 0.9 e 1.1 J 32 bytes de dados gerados à cada 0.1s, 1% de prob. 5000s Parâmetros de rádio de acordo com o Mica2 [1] 3 Cenários

Sem falhas Falhas perto do sink Falhas longe do sink

Simulador ns-2.30 35 simulações – intervalo de confiança de 95% Comparação com o UCR [3]

Avaliação de desempenho

21%17%

13%

Avaliação de desempenho

Conclusão

Hot spot mitigado Menos mortes próximas ao sink, maior tempo de

vida

Quantidade balanceada de clusters

RRUCR aumentou o tempo de vida de redes sem falhas em 21.36%, em relação ao UCR

Melhor taxa de entrega de dados

Conclusão

Página do projeto com mais informações

www.nr2.ufpr.br/~fernando/rrucr/

Código disponível sob licença LGPL Simulação ns-2.30 Script instalação

email para contato: fhg07@inf.ufpr.br

Referências

[1] http://www.xbow.com/ (Crossbow Technology)

[2] Dechene DJ, Jardali AE, Luccini M, and Sauer A. A survey of clustering algorithms for wireless sensor networks. Project Work, Hamburg University of Technology, Germany, 2006.

[3] Vlajic, N. and Stevanovic, D. (2009). Sink mobility in wireless sensor networks: a (mis)match between theory and practice. In IWCMC, pages 386–393.

[4] Chen, G., Li, C., Ye, M., and Wu, J. (2009). An unequal cluster-based routing protocol in wireless sensor networks. Wirel. Netw., 15(2):193–207.

Publicações Gielow, F. H., e Santos, A. L. (2009). Um protocolo de roteamento

baseado em clusters desiguais para minimizar Hot Spots em RSSF. XIV Workshop de Gerência e Operação de Redes e Serviços, Maio.

Gielow, F. H., e Santos, A. L. (2010). Minimizando Hot Spots no Roteamento em Redes de Sensores Sem Fio. XXIX Concurso de Trabalhos de Iniciação Científica – Sociedade Brasileira de Computação (SBC), Julho. Prêmio de primeiro Lugar

Gielow, F. H., e Santos, A. L. (2010). Um Protocolo de Roteamento Reativo a Rotações para Minimizar Hot Spots em Redes de Sensores Sem Fio. Revista Eletrônica de Iniciação Científica (REIC), Ano X, Volume III, Setembro.

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